化學反應速率與化學平衡圖像綜合分析典例訓練：題組一速率—時間圖像1.向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2，一定條件下使反應SO2(g)＋NO2(g)?SO3(g)＋NO(g)達到平衡，正反應速率隨時間變化的示意圖如下所示。由圖可得出的正確結論是()A.反應在c點達到平衡狀態B.反應物濃度：a點小于b點C.反應物的總能量低于生成物的總能量D.Δt1＝Δt2時，SO2的轉化率：a～b段小于b～c段2.在一密閉容器中發生反應N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0，達到平衡后，只改變某一個條件時，反應速率與反應時間的關系如圖所示。回答下列問題：(1)處于平衡狀態的時間段是________(填字母，下同)。A.t0～t1 B.t1～t2C.t2～t3 D.t3～t4E.t4～t5F.t5～t6(2)判斷t1、t3、t4時刻分別改變的一個條件。A.增大壓強B.減小壓強C.升高溫度D.降低溫度E.加催化劑F.充入氮氣t1時刻________；t3時刻________；t4時刻________。(3)依據(2)中的結論，下列時間段中，氨的百分含量最高的是________。A.t0～t1 B.t2～t3C.t3～t4 D.t5～t6(4)如果在t6時刻，從反應體系中分離出部分氨，t7時刻反應達到平衡狀態，請在圖中畫出反應速率的變化曲線。題組二物質的量(或濃度)—時間圖像1.100℃時，向某恒容密閉容器加入1.6mol·L－1的Q后會發生如下反應：2Q(g)?M(g)。其中M的物質的量濃度隨時間的變化如圖所示：下列說法錯誤的是()A.從反應開始到剛達到平衡的時間段內，v(Q)＝0.02mol·L－1·s－1B.a、b兩時刻生成Q的速率：v(a)<v(b)C.用Q濃度變化值表示的ab、bc兩個時間段內的反應速率：v(ab)>v(bc)＝0D.其他條件相同，起始時將0.2mol·L－1氦氣與Q混合，則反應達到平衡所需時間少于60s2.向一容積不變的密閉容器中充入一定量A和B，發生如下反應：xA(g)＋2B(s)?yC(g)ΔH<0。在一定條件下，容器中A、C的物質的量濃度隨時間變化的曲線如圖所示。請回答下列問題：(1)用A的濃度變化表示該反應在0～10min內的平均反應速率v(A)＝________。(2)根據圖示可確定x∶y＝________。(3)0～10min容器內壓強________(填“變大”“不變”或“變小”)。(4)推測第10min引起曲線變化的反應條件可能是________(填編號，下同)；第16min引起曲線變化的反應條件可能是________。①減壓②增大A的濃度③增大C的量④升溫⑤降溫⑥加催化劑(5)若平衡Ⅰ的平衡常數為K1，平衡Ⅱ平衡常數為K2，則K1________K2(填“>”“＝”或“<”)。題組三濃度(轉化率、百分含量)—時間圖像1.(2021·安徽宣城中學月考)在其他條件不變時，只改變某一條件，化學反應aA(g)＋B(g)?cC(g)的平衡的變化圖像如下(圖中p表示壓強，T表示溫度，n表示物質的量，α表示平衡轉化率)，據此分析下列說法正確的是()A.在圖像反應Ⅰ中，說明正反應為吸熱反應B.在圖像反應Ⅰ中，若p1>p2，則此反應的ΔS>0C.在圖像反應Ⅱ中，說明該正反應為吸熱反應D.在圖像反應Ⅲ中，若T1>T2，則該反應能自發進行2.SO2的催化氧化是硫酸工業中的重要反應：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)ΔH<0，圖中L(L1、L2)、X可分別代表壓強或溫度。下列說法正確的是()A.X代表壓強B.L2>L1C.Ka＝KbD.若c點的溫度或壓強分別為L2、X1，則c點v(SO2)正>v(SO2)逆3.工業上，常采用氧化還原方法處理尾氣中的CO、NO。氧化法：瀝青混凝土可作為反應2CO(g)＋O2(g)?2CO2(g)的催化劑。下圖表示在相同的恒容密閉容器、相同起始濃度、相同反應時間段下，使用同質量的不同瀝青混凝土(α型、β型)催化時，CO的轉化率與溫度的關系。(1)在a、b、c、d四點中，未達到平衡狀態的是________。(2)已知c點時容器中O2濃度為0.04mol·L－1，則50℃時，在α型瀝青混凝土中CO轉化反應的平衡常數K＝________(用含x的代數式表示)。(3)下列關于上圖的說法正確的是________(填字母)。A.CO轉化反應的平衡常數：K(a)＜K(c)B.在均未達到平衡狀態時，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉化速率比α型要大C.b點時CO與O2分子之間發生有效碰撞的幾率在整個實驗過程中最高D.e點轉化率出現突變的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性典例四實際生產中的陌生圖像1、將燃煤廢氣中的CO2轉化為二甲醚的反應原理為2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在壓強為aMPa下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉化率見下圖：此反應________(填“放熱”或“吸熱”)；若溫度不變，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將________(填“增大”“減小”或“不變”)。2、采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu—Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。主反應：2CO(g)＋4H2(g)?CH3OCH3(g)＋H2O(g)副反應：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g)測得反應體系中各物質的產率或轉化率與催化劑的關系如圖所示。則催化劑中eq\f(n（Mn）,n（Cu）)約為________時最有利于二甲醚的合成。3、汽車尾氣是霧霾形成的原因之一。研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采用氧化還原法脫硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)?4N2(g)＋6H2O(g)ΔH<0根據下圖判斷提高脫硝效率的最佳條件是_______________________________；氨氮比一定時，在400℃時，脫硝效率最大，其可能的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。4、汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag－ZSW－5催化，測得NO轉化為N2的轉化率隨溫度變化情況如下圖所示。(1)在eq\f(n（NO）,n（CO）)＝1條件下，最佳溫度應控制在________左右。(2)若不使用CO，溫度超過775K，發現NO的分解率降低，其可能的原因為__________________________________________________________________________________________________________________。(3)用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉化為N2的轉化率增大：________________。典例五陌生圖像的原因分析1.下圖是在一定時間內，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業使用的最佳催化劑為________、相應溫度為________；使用Mn作催化劑時，脫氮率b～a段呈現如圖變化的可能原因是__________________________________________________________________________________________________________________。2.采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu—Mn的合金)，利用CO和H2制備二甲醚，反應為4H2(g)＋2CO(g)?CH3OCH3(g)＋H2O(g)。有研究者在壓強為5.00MPa的條件下，將H2和CO反應直接制備二甲醚，結果如下圖所示，其中CO的轉化率隨溫度升高而降低的原因是___________________________________。3.丙烷氧化脫氫法制備丙烯的主要反應如下：C3H8(g)＋eq\f(1,2)O2(g)?C3H6(g)＋H2O(g)ΔH＝－118kJ·mol－1在催化劑作用下，C3H8氧化脫氫除生成C3H6外，還生成CO、CO2等物質。C3H8的轉化率和C3H6的產率隨溫度變化關系如圖所示。(1)圖中C3H8的轉化率隨溫度升高而上升的原因是_________________________________________________________。(2)575℃時，C3H6的選擇性為________。(C3H6的選擇性＝eq\f(C3H6的物質的量,反應的C3H8的物質的量)×100%)(3)基于本研究結果，能提高C3H6選擇性的措施是_________________________________________________________。4.乙烯是一種重要的基本化工原料，乙烯的產量可以衡量一個國家的石油化工發展水平，研究工業制取乙烯有重要的意義。(1)工業用H2和CO2在一定條件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))CH2=CH2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－127.8kJ/mol。在密閉容器中充入體積比為3∶1的H2和CO2，不同溫度對CO2的平衡轉化率和催化劑催化效率的影響如圖所示，下列說法正確的是________。A.為了提高乙烯的產率應盡可能選擇低溫B.生成乙烯的速率：v(M)可能小于v(N)C.平衡常數：KM<KND.M點時的壓強一定小于N點時的壓強(2)工業用甲烷催化法制取乙烯：2CH4(g)?C2H4(g)＋2H2(g)ΔH>0，T℃時，向4L的恒容反應器中充入2molCH4，僅發生上述反應，反應過程中CH4的物質的量隨時間變化如圖所示：實驗測得v正＝k正c2(CH4)，v逆＝k逆c(C2H4)·c2(H2)，k正、k逆為速率常數，只與溫度有關，T℃時k正與k逆的比值為________(用含x的代數式表示)；若將溫度升高，速率常數增大的倍數：k正________(填“>”“＝”或“<”)k逆。真題訓練：1.(2022·廣東卷)在相同條件下研究催化劑Ⅰ、Ⅱ對反應X→2Y的影響，各物質濃度c隨反應時間t的部分變化曲線如圖，則()A.無催化劑時，反應不能進行B.與催化劑Ⅰ相比，Ⅱ使反應活化能更低C.a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X的濃度隨t的變化D.使用催化劑Ⅰ時，0～2min內，v(X)＝1.0mol·L－1·min－12.(2022·全國乙卷節選)已知H2S的熱分解反應：2H2S(g)=2H2(g)＋S2(g)ΔH＝＋170kJ·mol－1在1373K，100kPa反應條件下，對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1，1∶1，1∶4，1∶9，1∶19的H2S—Ar混合氣，熱分解反應過程中H2S轉化率隨時間的變化如圖所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉化率__________，理由是___________________________________________________________________。②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對應圖中曲線__________________________，計算其在0～0.1s之間，H2S分壓的平均變化率為__________kPa·s－1。3.(2021·全國甲卷節選)二氧化碳加氫制甲醇的總反應可表示為：CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)合成總反應在起始物n(H2)/n(CO2)＝3時，在不同條件下達到平衡，設體系中甲醇的物質的量分數為x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如圖所示。(1)用各物質的平衡分壓表示總反應的平衡常數，表達式Kp＝_________________________________________________________；(2)圖中對應等壓過程的曲線是________，判斷的理由是_________________________________________________________；(3)當x(CH3OH)＝0.10時，CO2的平衡轉化率α＝____________，反應條件可能為____________或____________。能力提升：1.已知2NO2(g)＋O3(g)?N2O5(g)＋O2(g)ΔH<0，在一定溫度下將2molNO2和1molO3充入一恒容密閉容器中進行反應，直至t1時達到平衡狀態。下列圖像正確的是()2.下列圖示與對應的敘述相符的是()A.圖1表示反應mA(s)＋nB(g)?pC(g)在一定溫度下達到平衡時B的轉化率與壓強變化的關系，x點的反應速率比y點的快B.圖2表示反應A(g)＋B(s)?C(s)＋D(g)的速率－時間圖像，在t1時刻改變的條件可能是加入催化劑或增大壓強C.圖3表示反應mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)中A的百分含量與溫度(T)的變化情況，則該反應的ΔH>0D.圖4所示圖中的陰影部分面積的含義是(v正－v逆)3.有一反應：2A＋B?2C，其中A、B、C均為氣體，如圖中的曲線是該反應在不同溫度下的平衡曲線，x軸表示溫度，y軸表示B的轉化率，圖中有a、b、c三點，則下列描述正確的是()A.該反應是放熱反應B.b點時混合氣體的平均摩爾質量不再變化C.T1溫度下若由a點達到平衡，可以采取增大壓強的方法D.c點v正＜v逆4.在某2L恒容密閉容器中充入2molX(g)和1molY(g)，發生反應：2X(g)＋Y(g)?3Z(g)。反應過程持續升高溫度，測得混合體系中X的體積分數與溫度的關系如圖所示。下列推斷不正確的是()A.該反應為放熱反應B.升高溫度，平衡右移，正反應速率減小，逆反應速率增大C.Q點時Z的體積分數最大D.W、M兩點Y的正反應速率W點小于M點5、合成氣是一種重要的化工原料氣，主要組分為CO和H2。用甲烷、二氧化碳自熱重整可制備合成氣，反應原理如下：反應Ⅰ：CH4(g)＋2O2(g)?CO2(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－820.6kJ·mol－1反應Ⅱ：CH4(g)＋CO2(g)?2CO(g)＋2H2(g)ΔH2＝＋247.1kJ·mol－1反應Ⅲ：CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋3H2(g)ΔH3＝＋205.9kJ·mol－1反應Ⅳ：CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)ΔH4不同溫度下，向體積為VL的含少量O2的恒壓容器按照n(CO2)∶n(CH4)＝1投料，實驗測得不同壓強下平衡時eq\f(n（H2）,n（CO）)隨溫度的變化關系如圖所示。下列說法正確的是()A.ΔH4＝－41.2kJ·mol－1B.某溫度下，反應Ⅱ的平衡常數隨壓強增大而減小C.由圖可知，p1>p2>p3D.壓強為p2時，T>Tm后，升高溫度對反應Ⅳ的促進作用更大6、甲醛在木材加工、醫藥等方面有重要用途。甲醇利用脫氫法可制備甲醛，主要反應為：CH3OH(g)?HCHO(g)＋H2(g)ΔH＝＋85.2kJ·mol－1。Na2CO3是甲醇脫氫制甲醛的催化劑，有研究指出，催化反應的部分機理如下：歷程ⅰ：CH3OH→·H＋·CH2OH歷程ⅱ：·CH2OH→·H＋HCHO歷程ⅲ：·CH2OH→3·H＋CO歷程ⅳ：·H＋·H→H2如圖所示為在體積2L的恒容容器中，投入1molCH3OH，在碳酸鈉催化劑作用下，經過5min反應，測得甲醇轉化率與甲醛的選擇性與溫度的關系(甲醛的選擇性：轉化的CH3OH中生成HCHO的百分比)，下列有關說法正確的是()A.600℃時，前5min內生成甲醛的平均速率v(HCHO)＝0.055mol·L－1·min－1B.700℃時，反應歷程ⅱ的速率大于反應歷程ⅲ的速率C.脫氫法制甲醛中，在高溫高壓條件下更有利于提高平衡產率D.反應歷程ⅰ的活化能小于CH3OH(g)?HCHO(g)＋H2(g)的活化能7.異丁醇催化脫水制備異丁烯主要涉及以下2個反應。ΔH2＝－72kJ/molK2(190℃)＝0.1研究一定壓強下不同含水量的異丁醇在恒壓反應器中的脫水反應，得到了異丁烯的平衡產率隨溫度的變化結果如下圖。下列說法不正確的是()A.其他條件不變時，在催化劑的活性溫度內，升高溫度有利于異丁烯的制備B.若只有異丁烯、水和二聚異丁烯生成，則初始物質濃度c0與流出物質濃度c之間存在：c0(異丁醇)＝c(異丁烯)＋2c(二聚異丁烯)C.190℃時，增大n(H2O)∶n(異丁醇)，不利于反應②的進行D.高于190℃時，溫度對異丁烯的平衡產率影響不大的原因是K1>104、K2<0.18.將金紅石(TiO2)轉化為TiCl4是生產金屬鈦的關鍵步驟。在1.0×105Pa，將TiO2、C、Cl2以物質的量之比為1∶2∶2進行反應，平衡體系中主要物質的量分數(x)隨溫度變化理論計算結果如圖所示。下列說法不正確的是()A.200～1600℃反應達到平衡時，TiO2的轉化率均已接近100%B.將400℃時的平衡體系加熱至800℃，平衡C(s)＋CO2(g)?2CO(g)向正反應方向移動C.1000℃時，測得某時刻x(TiCl4)＝0.2。其他條件不變，延長反應時間能使x(TiCl4)超過該溫度下平衡時的x(TiCl4)D.實際生產時反應溫度選擇900℃而不選擇200℃，其主要原因是900℃比200℃時化學反應速率更快，生產效益更高9.氨是一種重要化工產品，研究有關氨反應規律具有重要意義。已知100kPa、298K時：4NH3(g)＋3O2(g)?2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1268kJ·mol－12NO(g)?N2(g)＋O2(g)ΔH＝－180.5kJ·mol－1研究人員以RuOx－Fe2O3為催化劑研究將工業廢氣中的氨轉化為N2的方案。實驗將NH3－O2及載氣(惰性氣體)以一定流速通過催化反應床，研究了不同RuOx含量對NH3催化氧化的影響，實驗結果如圖(Ru－Fe代表相應氧化物)。已知：N2的選擇性＝(生成N2消耗的NH3的物質的量÷消耗NH3的總物質的量)分析上述實驗結果，下列說法不正確的是()A.RuOx的加入，降低了催化劑的活化溫度B.RuOx含量越大，催化劑的活性越好C.運用該技術消除廢氣中NH3的最佳條件為：1.5%Ru－Fe、230℃D.一定溫度范圍，RuOx的加入使得生成副產物反應活化能降低更為顯著10.戴口罩是防控新型冠狀病毒的重要手段，口罩生產的主要原料聚丙烯由丙烯聚合而來。丙烷脫氫是丙烯工業生產的重要途徑。(1)已知：①2C3H8(g)＋O2(g)=2C3H6(g)＋2H2O(g)ΔH＝－238kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－484kJ·mol－1則丙烷脫氫制丙烯反應C3H8(g)?C3H6(g)＋H2(g)的ΔH為________kJ·mol－1。(2)一定溫度下，恒容密閉容器中充入1molC3H8，發生C3H8(g)?C3H6(g)＋H2(g)反應。①下列可判斷反應達到平衡的是________(填字母)。A.該反應的焓變保持不變B.氣體平均摩爾質量保持不變C.氣體密度保持不變D.C3H8分解速率與C3H6消耗速率相等②若初始壓強為pkPa，反應過程中C3H8的氣體體積分數與反應時間的關系如圖1所示。此溫度下該反應的平衡常數Kp＝________kPa(用含字母p的代數式表示，Kp是用反應體系中氣體物質的平衡分壓表示的平衡常數，平衡分壓＝平衡總壓×物質的量分數)。③已知上述反應中，v正＝k正·p(C3H8)，v逆＝k逆·p(C3H6)·p(H2)，其中k正、k逆為速率常數，只與溫度有關，則圖1中m點處eq\f(v正,v逆)＝________。④在壓強分別為10kPa、100kPa下，丙烷和丙烯的平衡體積分數隨溫度變化關系如圖2所示。圖中表示10kPa時丙烯的曲線是__________，表示100kPa時丙烷的曲線是________(均填字母)。(3)科學家探索出在無機膜反應器中進行丙烷脫氫制丙烯的技術。在膜反應器中，利用特定功能膜將生成的氫氣從反應區一側有選擇性地及時移走。與丙烷直接脫氫法相比，該方法的優點是_________________________________________________________。(4)利用CO2的弱氧化性，開發了丙烷氧化脫氫制丙烯的新工藝。該工藝可采用Cr2O3為催化劑，反應機理如圖，其總反應方程式為__________________________________________________________________________________________________________________。該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑活性，原因是______________________________________________________________________________